CN117117925B - 新能源场站内储能功率分配优化方法、系统、终端及介质 - Google Patents

新能源场站内储能功率分配优化方法、系统、终端及介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了新能源场站内储能功率分配优化方法、系统、终端及介质，涉及电网控制技术领域，其技术方案要点是：本发明通过对各个新能源场的出力计划偏差对所有新能源场的出力计划偏差影响进行趋势分析，再结合所有新能源出力计划的偏差预测来分析各个储能单元在下一个预设周期的估算充放电功率，最后结合各个储能单元的估算充放电功率和剩余容量来实现各个储能单元之间的充放电功率转移分配，既可以使得各个储能单元之间的荷电状态保持相对平衡，减少储能单元的极化情况发生，又可以降低各个储能单元的充放电操作频次，还可以在实现储能单元的功率准确调控过程中降低实时不平衡功率，从而降低多能源互补调控的难度。

Description

新能源场站内储能功率分配优化方法、系统、终端及介质
技术领域
本发明涉及电网控制技术领域，更具体地说，它涉及新能源场站内储能功率分配优化方法、系统、终端及介质。
背景技术
随着新能源在配电网中的渗透率不断提升，由于新能源发电具有较强的随机性和波动性，如分布式光伏发电，使得传统的新能源并网优化调度方式已无法满足大规模分布式电源接入的现实需求，而基于日前调度、日内滚动和实时协调的多时间尺度源网荷储协调方法成为了主要的研究方向。
现有技术中基于多时间尺度的源网荷储协调方法，一般是考虑在实时、短期或超短期预测的基础上制定调度计划，例如由日前调度、日内滚动和实时协调构成的调度计划。其中，日前调度是基于短期的新能源发电预测和用户负荷预测来启动传统机组的发电功率计划，日内滚动是基于超短期的新能源发电预测和用户负荷预测来确定分布式光伏的出力功率计划以及储能单元的充放电功率，而实时协调是基于实时的新能源发电数据和用户负荷数据来确定实时不平衡功率。
然而，受新能源场站中储能单元的投入成本限制，储能单元的容量一般较小，为了适应超短期的新能源发电预测和用户负荷预测中的随机性与波动性，储能单元参与功率调控的频次较高，且在长时间的预测误差累积影响下，各个储能单元中可利用的剩余充放电容量易出现极化情况，如部分储能单元中的剩余放电容量较小，同时部分储能单元中的剩余充电容量较小，严重影响了储能单元参与功率调控的稳定性与可靠性；此外，在一部分储能单元进行充电时还有部分储能单元在进行放电，此情况下的高频充放电操作也容易影响储能单元的使用寿命；另外，储能单元参与功率调控的误差较大时将会提高实时不平衡功率，从而增加了新能源并网过程的功率调控难度。因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的新能源场站内储能功率分配优化方法、系统、终端及介质是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供新能源场站内储能功率分配优化方法、系统、终端及介质，既可以使得各个储能单元之间的荷电状态保持相对平衡，减少储能单元的极化情况发生，又可以降低各个储能单元的充放电操作频次，还可以在实现储能单元的功率准确调控过程中降低实时不平衡功率，从而降低多能源互补调控的难度。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
第一方面，提供了新能源场站内储能功率分配优化方法，包括以下步骤：
依据预设周期中各个新能源场站内储能单元的实际充放电功率均值计算得到在日内滚动协调阶段所有新能源出力计划的基础偏差值；
依据多个连续预设周期的基础偏差值预测得到下一个预设周期的预测偏差值；
依据基础偏差值和储能单元的实际充放电功率计算得到各个新能源场站在相应预设周期对所有新能源出力计划偏差产生影响的偏差贡献系数；
依据多个连续预设周期的偏差贡献系数预测得到下一个预设周期的预测贡献系数；
结合预测贡献系数和预测偏差值反求解得到各个储能单元在下一个预设周期的的估算充放电功率；
对各个储能单元的估算充放电功率进行转移分配，并以所有储能单元的估算充放电功率在转移分配过程中的转移成本最小为优化目标求解得到满足基础约束条件的各个新能源场站在下一个预设周期的储能功率分配策略。
进一步的，所述基础偏差值的计算公式具体为：
；
其中，表示第/>个预设周期/>所对应的基础偏差值；/>表示储能单元的数量；/>表示第/>个储能单元在预设周期/>中的实际充放电功率，正值表示充电功率，负值表示放电功率；每一个新能源场配置一个储能单元。
进一步的，所述偏差贡献系数的计算公式具体为：
；
其中，表示第/>个新能源场站在预设周期/>中的偏差贡献系数；/>表示第/>个储能单元在预设周期/>中的实际充放电功率，正值表示充电功率，负值表示放电功率；表示第/>个预设周期/>所对应的基础偏差值；每一个新能源场配置一个储能单元。
进一步的，所述估算充放电功率的计算公式具体为：
；
其中，表示第/>个储能单元在预设周期/>中的估算充放电功率，正值表示充电功率，负值表示放电功率；/>表示预设周期/>所对应的预测偏差值；/>表示第/>个新能源场站在预设周期/>中的预测贡献系数；每一个新能源场配置一个储能单元。
进一步的，所述优化目标的表达式具体为：
；
其中，表示第/>个储能单元与第/>个储能单元之间的转移充放电功率，正值表示将第/>个储能单元的估算放电功率转移至第/>个储能单元，负值表示将第/>个储能单元的估算充电功率转移至第/>个储能单元；/>表示第/>个储能单元与第/>个储能单元之间的电能传输距离；/>表示第/>个储能单元在预设周期/>中的估算充放电功率经转移分配后的最终充放电功率；/>表示储能单元的数量；/>表示对于同一个储能单元参与功率转移分配的其他储能单元数量；/>表示第/>个储能单元在预设周期/>中的估算充放电功率；/>表示第/>个储能单元在预设周期/>之后的剩余容量实现在一个预设周期内完全放电的放电功率；/>表示第/>个储能单元的放电功率下限值；/>表示第/>个储能单元的放电功率上限值。
进一步的，该方法中的充放电功率均为一个预设周期中的功率平均值。
进一步的，所述预测偏差值和/或偏差贡献系数采用最小二乘法进行预测。
第二方面，提供了新能源场站内储能功率分配优化系统，包括：
偏差分析模块，用于依据预设周期中各个新能源场站内储能单元的实际充放电功率均值计算得到在日内滚动协调阶段所有新能源出力计划的基础偏差值；
偏差预测模块，用于依据多个连续预设周期的基础偏差值预测得到下一个预设周期的预测偏差值；
贡献分析模块，用于依据基础偏差值和储能单元的实际充放电功率计算得到各个新能源场站在相应预设周期对所有新能源出力计划偏差产生影响的偏差贡献系数；
贡献预测模块，用于依据多个连续预设周期的偏差贡献系数预测得到下一个预设周期的预测贡献系数；
功率估算模块，用于结合预测贡献系数和预测偏差值反求解得到各个储能单元在下一个预设周期的的估算充放电功率；
功率分配模块，用于对各个储能单元的估算充放电功率进行转移分配，并以所有储能单元的估算充放电功率在转移分配过程中的转移成本最小为优化目标求解得到满足基础约束条件的各个新能源场站在下一个预设周期的储能功率分配策略。
第三方面，提供了一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的新能源场站内储能功率分配优化方法。
第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行可实现如第一方面中任意一项所述的新能源场站内储能功率分配优化方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的新能源场站内储能功率分配优化方法，通过对各个新能源场的出力计划偏差对所有新能源场的出力计划偏差影响进行趋势分析，再结合所有新能源出力计划的偏差预测来分析各个储能单元在下一个预设周期的估算充放电功率，最后结合各个储能单元的估算充放电功率和剩余容量来实现各个储能单元之间的充放电功率转移分配，既可以使得各个储能单元之间的荷电状态保持相对平衡，减少储能单元的极化情况发生，又可以降低各个储能单元的充放电操作频次，还可以在实现储能单元的功率准确调控过程中降低实时不平衡功率，从而降低多能源互补调控的难度；
2、本发明通过计算各个储能单元的实际充放电功率与基础偏差值之间的功率差值，再以功率差值与基础偏差值的比值计算得到偏差贡献系数，既可以适用于储能单元进行充电的偏差情况，又可以适用于储能单元进行放电的偏差情况；
3、本发明在储能功率分配策略的求解过程中，不仅考虑了整个转移分配过程所有储能单元的功率之和不变，还考虑了在实现转移充放电功率的分配后各个储能单元的荷电状态不超出上下限值的边界，使得储能功率分配更为合理。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是本发明实施例1中的流程图；
图2是本发明实施例2中的系统框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：新能源场站内储能功率分配优化方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：依据预设周期中各个新能源场站内储能单元的实际充放电功率均值计算得到在日内滚动协调阶段所有新能源出力计划的基础偏差值；
S2：依据多个连续预设周期的基础偏差值预测得到下一个预设周期的预测偏差值；
S3：依据基础偏差值和储能单元的实际充放电功率计算得到各个新能源场站在相应预设周期对所有新能源出力计划偏差产生影响的偏差贡献系数；
S4：依据多个连续预设周期的偏差贡献系数预测得到下一个预设周期的预测贡献系数；
S5：结合预测贡献系数和预测偏差值反求解得到各个储能单元在下一个预设周期的的估算充放电功率；
S6：对各个储能单元的估算充放电功率进行转移分配，并以所有储能单元的估算充放电功率在转移分配过程中的转移成本最小为优化目标求解得到满足基础约束条件的各个新能源场站在下一个预设周期的储能功率分配策略。
需要说明的是，本发明中的充放电功率均为一个预设周期中的功率平均值，也可以结合充放电功率、预设周期的时长以及各个储能单元的容量计算得到储能单元的荷电状态，再以荷电状态替代充放电功率进行储能单元的功率分配。
由于各个储能单元并不是单一的进行充电或放电，而是充电与发电混合进行的，所有考虑到充电与放电的状态差异，本申请以单个储能单元经过矢量和计算后的充放电功率均值作为基础偏差值。
具体的，基础偏差值的计算公式为：
；
其中，表示第/>个预设周期/>所对应的基础偏差值；/>表示储能单元的数量；/>表示第/>个储能单元在预设周期/>中的实际充放电功率，正值表示充电功率，负值表示放电功率；每一个新能源场配置一个储能单元。
需要说明的是，每一个新能源场配置一个储能单元，因此第个新能源场站与第/>个储能单元对应。
在分析偏差贡献系数过程中，为了既可以适用于储能单元进行充电的偏差情况，又可以适用于储能单元进行放电的偏差情况，本发明通过计算各个储能单元的实际充放电功率与基础偏差值之间的功率差值，再以功率差值与基础偏差值的比值计算得到偏差贡献系数。
具体的，偏差贡献系数的计算公式为：
；
其中，表示第/>个新能源场站在预设周期/>中的偏差贡献系数；/>表示第/>个储能单元在预设周期/>中的实际充放电功率，正值表示充电功率，负值表示放电功率；表示第/>个预设周期/>所对应的基础偏差值；每一个新能源场配置一个储能单元。
本发明中估算充放电功率分析逻辑与偏差贡献系数的分析逻辑相反，所以依据偏差贡献系数的分析逻辑可以计算估算充放电功率。
具体的，估算充放电功率的计算公式为：
；
其中，表示第/>个储能单元在预设周期/>中的估算充放电功率，正值表示充电功率，负值表示放电功率；/>表示预设周期/>所对应的预测偏差值；/>表示第/>个新能源场站在预设周期/>中的预测贡献系数；每一个新能源场配置一个储能单元。
在本实施例中，优化目标的表达式具体为：
；
其中，表示第/>个储能单元与第/>个储能单元之间的转移充放电功率，正值表示将第/>个储能单元的估算放电功率转移至第/>个储能单元，负值表示将第/>个储能单元的估算充电功率转移至第/>个储能单元；/>表示第/>个储能单元与第/>个储能单元之间的电能传输距离；/>表示第/>个储能单元在预设周期/>中的估算充放电功率经转移分配后的最终充放电功率；/>表示储能单元的数量；/>表示对于同一个储能单元参与功率转移分配的其他储能单元数量；/>表示第/>个储能单元在预设周期/>中的估算充放电功率；/>表示第/>个储能单元在预设周期/>之后的剩余容量实现在一个预设周期内完全放电的放电功率；/>表示第/>个储能单元的放电功率下限值；/>表示第/>个储能单元的放电功率上限值。
在本实施例中，预设周期的时间长短可以依据需求在5min-15min之间进行灵活选择，在此不受限制。
作为一种可选的实施方式，在求解得到各个储能单元的最终充放电功率后，以最终充放电功率作为临界值，当储能单元的实时充放电功率达到最终充放电功率时，则可以控制相应的储能单元退出当前预设周期的功率调控。
作为另一种可选的实施方式，也可以在储能单元的实时充放电功率达到最终充放电功率时，依据转移充放电功率来实现各个储能单元之间的功率调控。
在本实施例中，预测偏差值和偏差贡献系数均可以采用最小二乘法进行预测。
以四个储能单元A、B、C、D，预设周期的时长为15min为例进行说明。
（1）储能单元A、B、C、D在一个预设周期a内的实际充放电功率分别为20KW、16KW、-5KW和6KW。通过上述基础偏差值的计算公式可计算得到预设周期a所对应的基础偏差值为9.25KW，预设周期的时长为15min。
同理，对多个连续的预设周期a、b、c、d进行独立计算，得到的多个连续基础偏差值分别为9.25KW、8.65KW、7.50KW和6.2KW。
（2）多个基础偏差值9.25KW、8.65KW、7.50KW、6.2KW拟合得到的多项式为：y = -0.175x2 - 0.155x + 9.6，可以预测得到下一个预设周期e的预测偏差值为4.45 KW。
（3）储能单元A在预设周期a的偏差贡献系数为：(20-9.25)/ 9.25=1.16，再依次对储能单元A在预设周期b、c、d的偏差贡献系数进行计算。
（4）采用与（2）中相同的拟合方法进行曲线拟合，可以计算出储能单元A在预设周期e的预测贡献系数。
（5）假设预测贡献系数为L，则储能单元A在预设周期e的估算充放电功率为：4.45(1+L)。重复计算可以得到剩余储能单元在预设周期e的估算充放电功率。
（6）在获得各个储能单元在预设周期e的估算充放电功率后，可以依据各个储能单元的剩余容量情况，来实现各个储能单元的估算充放电功率转移分配，例如储能单元A的充放电功率减小时，可以通过提高储能单元B的充放电功率来平衡整体功率，即整体功率不变。
实施例2：新能源场站内储能功率分配优化系统，该系统用于实现实施例1中所记载的新能源场站内储能功率分配优化方法，如图2所示，包括偏差分析模块、偏差预测模块、贡献分析模块、贡献预测模块、功率估算模块和功率分配模块。
其中，偏差分析模块，用于依据预设周期中各个新能源场站内储能单元的实际充放电功率均值计算得到在日内滚动协调阶段所有新能源出力计划的基础偏差值；偏差预测模块，用于依据多个连续预设周期的基础偏差值预测得到下一个预设周期的预测偏差值；贡献分析模块，用于依据基础偏差值和储能单元的实际充放电功率计算得到各个新能源场站在相应预设周期对所有新能源出力计划偏差产生影响的偏差贡献系数；贡献预测模块，用于依据多个连续预设周期的偏差贡献系数预测得到下一个预设周期的预测贡献系数；功率估算模块，用于结合预测贡献系数和预测偏差值反求解得到各个储能单元在下一个预设周期的的估算充放电功率；功率分配模块，用于对各个储能单元的估算充放电功率进行转移分配，并以所有储能单元的估算充放电功率在转移分配过程中的转移成本最小为优化目标求解得到满足基础约束条件的各个新能源场站在下一个预设周期的储能功率分配策略。
工作原理：本发明通过对各个新能源场的出力计划偏差对所有新能源场的出力计划偏差影响进行趋势分析，再结合所有新能源出力计划的偏差预测来分析各个储能单元在下一个预设周期的估算充放电功率，最后结合各个储能单元的估算充放电功率和剩余容量来实现各个储能单元之间的充放电功率转移分配，既可以使得各个储能单元之间的荷电状态保持相对平衡，减少储能单元的极化情况发生，又可以降低各个储能单元的充放电操作频次，还可以在实现储能单元的功率准确调控过程中降低实时不平衡功率，从而降低多能源互补调控的难度。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.新能源场站内储能功率分配优化方法，其特征是，包括以下步骤：
依据预设周期中各个新能源场站内储能单元的实际充放电功率均值计算得到在日内滚动协调阶段所有新能源出力计划的基础偏差值；
依据多个连续预设周期的基础偏差值预测得到下一个预设周期的预测偏差值；
依据基础偏差值和储能单元的实际充放电功率计算得到各个新能源场站在相应预设周期对所有新能源出力计划偏差产生影响的偏差贡献系数；
依据多个连续预设周期的偏差贡献系数预测得到下一个预设周期的预测贡献系数；
结合预测贡献系数和预测偏差值反求解得到各个储能单元在下一个预设周期的的估算充放电功率；
对各个储能单元的估算充放电功率进行转移分配，并以所有储能单元的估算充放电功率在转移分配过程中的转移成本最小为优化目标求解得到满足基础约束条件的各个新能源场站在下一个预设周期的储能功率分配策略；
所述基础偏差值的计算公式具体为：
其中，表示第j个预设周期Tj所对应的基础偏差值；n表示储能单元的数量；/>表示第i个储能单元在预设周期Tj中的实际充放电功率，正值表示充电功率，负值表示放电功率；每一个新能源场配置一个储能单元；
所述偏差贡献系数的计算公式具体为：
其中，表示第i个新能源场站在预设周期Tj中的偏差贡献系数；/>表示第i个储能单元在预设周期Tj中的实际充放电功率，正值表示充电功率，负值表示放电功率；/>表示第j个预设周期Tj所对应的基础偏差值；每一个新能源场配置一个储能单元；
所述估算充放电功率的计算公式具体为：
其中，表示第i个储能单元在预设周期Tj+1中的估算充放电功率，正值表示充电功率，负值表示放电功率；/>表示预设周期Tj+1所对应的预测偏差值；/>表示第i个新能源场站在预设周期Tj+1中的预测贡献系数；每一个新能源场配置一个储能单元。
2.根据权利要求1所述的新能源场站内储能功率分配优化方法，其特征是，所述优化目标的表达式具体为：
其中，ΔPi,q表示第i个储能单元与第q个储能单元之间的转移充放电功率，正值表示将第i个储能单元的估算放电功率转移至第q个储能单元，负值表示将第i个储能单元的估算充电功率转移至第q个储能单元；li,q表示第i个储能单元与第q个储能单元之间的电能传输距离；表示第i个储能单元在预设周期Tj+1中的估算充放电功率经转移分配后的最终充放电功率；n表示储能单元的数量；m表示对于同一个储能单元参与功率转移分配的其他储能单元数量；/>表示第i个储能单元在预设周期Tj+1中的估算充放电功率；/>表示第i个储能单元在预设周期Tj之后的剩余容量实现在一个预设周期内完全放电的放电功率；Pi min表示第i个储能单元的放电功率下限值；Pi max表示第i个储能单元的放电功率上限值。
3.根据权利要求1所述的新能源场站内储能功率分配优化方法，其特征是，该方法中的充放电功率均为一个预设周期中的功率平均值。
4.根据权利要求1所述的新能源场站内储能功率分配优化方法，其特征是，所述预测偏差值和/或偏差贡献系数采用最小二乘法进行预测。
5.新能源场站内储能功率分配优化系统，其特征是，包括：
偏差分析模块，用于依据预设周期中各个新能源场站内储能单元的实际充放电功率均值计算得到在日内滚动协调阶段所有新能源出力计划的基础偏差值；
偏差预测模块，用于依据多个连续预设周期的基础偏差值预测得到下一个预设周期的预测偏差值；
贡献分析模块，用于依据基础偏差值和储能单元的实际充放电功率计算得到各个新能源场站在相应预设周期对所有新能源出力计划偏差产生影响的偏差贡献系数；
贡献预测模块，用于依据多个连续预设周期的偏差贡献系数预测得到下一个预设周期的预测贡献系数；
功率估算模块，用于结合预测贡献系数和预测偏差值反求解得到各个储能单元在下一个预设周期的的估算充放电功率；
功率分配模块，用于对各个储能单元的估算充放电功率进行转移分配，并以所有储能单元的估算充放电功率在转移分配过程中的转移成本最小为优化目标求解得到满足基础约束条件的各个新能源场站在下一个预设周期的储能功率分配策略；
所述基础偏差值的计算公式具体为：
其中，表示第j个预设周期Tj所对应的基础偏差值；n表示储能单元的数量；/>表示第i个储能单元在预设周期Tj中的实际充放电功率，正值表示充电功率，负值表示放电功率；每一个新能源场配置一个储能单元；
所述偏差贡献系数的计算公式具体为：
其中，表示第i个新能源场站在预设周期Tj中的偏差贡献系数；/>表示第i个储能单元在预设周期Tj中的实际充放电功率，正值表示充电功率，负值表示放电功率；/>表示第j个预设周期Tj所对应的基础偏差值；每一个新能源场配置一个储能单元；
所述估算充放电功率的计算公式具体为：
其中，表示第i个储能单元在预设周期Tj+1中的估算充放电功率，正值表示充电功率，负值表示放电功率；/>表示预设周期Tj+1所对应的预测偏差值；/>表示第i个新能源场站在预设周期Tj+1中的预测贡献系数；每一个新能源场配置一个储能单元。
6.一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-4中任意一项所述的新能源场站内储能功率分配优化方法。
7.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征是，所述计算机程序被处理器执行可实现如权利要求1-4中任意一项所述的新能源场站内储能功率分配优化方法。
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